Hidrogenação

RKA3JV Para hidrogenar um alqueno a gente precisa do gás hidrogênio e um catalisador metálico como platina, paládio ou níquel. Podem ser outros catalisadores, mas esses são os que são usados mais comumente. O que acontece é que esse gás hidrogênio é adicionado de um mesmo lado onde costumava ter uma ligação dupla. Então, isso aqui é uma adição sin. Agora, vamos tentar entender por que acontece essa adição sin do hidrogênio. Então, vamos desenhar aqui o nosso catalisador metálico plano. Então, isso aqui é o nosso catalisador. Então, quando a gente borbulha o gás, o hidrogênio é adsorvido na superfície desse catalisador metálico. Então, aqui a gente tem o hidrogênio adsorvido. Vamos desenhar agora, então, o nosso alqueno. Então, isso aqui é o nosso alqueno, que também tem uma geometria plana, porque estes carbonos são híbridos sp². Então, eles teriam uma configuração espacial, mais ou menos, parecida com essa. Então, a gente tem aqui uma coisa plana se aproximando de uma coisa que também é plana. Então, os nossos hidrogênios não têm opção, a não ser serem adicionados ao mesmo lado dessa molécula. Então, vamos desenhar aqui de novo, isso aqui é o nosso catalisador. Aqui a gente tem nossos 2 carbonos, que estavam se aproximando, e aqui o hidrogênio que foram, então, adicionados a eles. Agora, a gente pode desenhar o resto das ligações. Agora como uma cunha e uma cunha tracejada. E para este carbono a mesma coisa, a gente vai ter uma cunha e uma cunha tracejada. Então, estes dois hidrogênios aqui são estes hidrogênios aqui, que sofreram uma adição sin. A gente pode perceber, também, que a gente passou de uma hibridização sp² para uma hibridização sp³. Então, agora, a gente tem que também pensar sobre a estereoquímica dessa reação. Vamos pensar, então, em uma reação agora. Vamos ter que ir um pouquinho para baixo para liberar espaço. Vamos supor, então, que este aqui seja o nosso alqueno e que a gente quer hidrogenar ele. Então, a gente vai adicionar gás hidrogênio e um catalisador metálico qualquer, neste caso aqui vai ser a platina. Como estes hidrogênios vão sofrer uma adição sin, eles vão ser adicionados aqui do mesmo lado da molécula. Então, aqui a gente tem os hidrogênios adicionados e agora a gente desenha o resto da molécula como cunha e cunha tracejada. Aqui a mesma coisa, a gente vai ter uma cunha e uma cunha tracejada. Normalmente, é assim que a gente encontra o nosso produto desenhado, mas dá um certo trabalho desenhar as cunhas e as cunhas tracejadas. Então, a gente pode simplesmente tirar a ligação dupla e desenhar o produto dessa forma aqui. Então, para algumas reações isso vai ser bem simples, basta tirar a ligação dupla e a gente tem o nosso produto. Vamos dar uma olhada agora nos números de oxidação para essa reação. Então, a gente vai desenhar a nossa molécula de novo. Mas, agora, a gente vai desenhar todos os átomos e todos os elétrons dessa molécula. Então, a gente vai desenhar aqui os grupos metil, que estes carbonos estão ligados. Então, aqui este carbono está ligado a dois grupos metil e este carbono aqui também está ligado a dois grupos metil. E a gente vai desenhar todos os elétrons também, então, cada bolinha dessa que eu estou desenhando agora representa um elétron. E, agora, a gente vai atribuir o número de oxidação ou nox para cada um desses carbonos aqui na ligação dupla. Só lembrando que, quando a gente fala de nox, a gente tem que lembrar da eletronegatividade. Então, estes são conceitos muito relacionados. Então, comparando a eletronegatividade deste carbono e deste carbono, obviamente, ela vai ser a mesma. E isso quer dizer, então, que estes elétrons vão ser divididos, vai ficar cada um para um carbono. Isso vai acontecer, basicamente, para todas essas ligações aqui. Então, este carbono fica com 4 elétrons. Para este carbono, aqui embaixo, vai ser exatamente a mesma coisa. Então, estes elétrons vão ser divididos entre os carbonos e esse carbono aqui fica com 4 elétrons. Agora, para fazer a conta, a gente pega o número de valência que este átomo costuma ter. Então, carbono costuma ter 4 elétrons de valência e a gente subtrai os elétrons que a gente distribuiu aqui na figura, que também vai ser 4. Então, para estes carbonos a gente vai ter um nox de zero. Seguindo em frente, vamos desenhar agora o nosso produto. Então, a gente tem aqui os carbonos, estes carbonos estão agora ligados a um hidrogênio. A gente tem dois grupos metil ligado a cada carbono, este é o primeiro grupo metil e o segundo grupo metil desse carbono. Para esse aqui é a mesma coisa, ele vai estar ligado a um grupo metil e dois grupos metil. E, agora, novamente a gente vai desenhar também os elétrons dessas ligações. Então, de novo, cada bolinha aqui está representando um elétron. Agora, vamos distribuir esses elétrons entre os átomos. Então, aqui na ligação entre carbono e carbono, a gente viu que os elétrons vão ser divididos, vai ficar um para cada carbono. Aqui é a mesma coisa e aqui a mesma coisa. Mas, e agora que a gente tem um carbono versus o hidrogênio? A gente sabe que o carbono é um pouco mais eletronegativo que o hidrogênio, então ele vai ganhar essa disputa do hidrogênio, ele vai pegar esse elétron do hidrogênio para ele. Então, este carbono fica agora com 5 elétrons. Vamos ver agora para este carbono aqui embaixo. Então, estes elétrons aqui vão ser divididos, este aqui também, este também. E aqui o carbono ganha do hidrogênio pegando este elétron para ele, então, este carbono também fica com 5 elétrons. Agora, para calcular o nox, a gente pega o número de valência que o carbono costuma ter, então 4, e subtrai o que a gente distribuiu aqui na imagem, então, os carbonos aqui na imagem têm 5 elétrons. Então, 4 - 5 dá para gente um nox de -1 para estes carbonos. A gente foi então de um nox zero para um nox -1. Aconteceu um decréscimo no número de oxidação, isso significa que aconteceu uma redução. O nosso alqueno foi reduzido pela adição de hidrogênio. Agora, vamos dar uma olhada na estereoquímica da reação de hidrogenação. Então, para isso, a gente vai ver um exemplo de uma reação que envolve a estereoquímica. Vamos supor, então, que a gente tenha um alqueno. Vamos desenhar este nosso alqueno aqui, então. Aqui a ligação dupla dele, aqui ele tem um grupo etil, e aqui um grupo metil. A gente vai reagir isso com o hidrogênio e com o nosso catalisador, com a platina. Então, aqui o nosso primeiro pensamento pode ser de que isso aqui é simples, basta retirar a ligação dupla estava aqui e a gente tem o nosso produto. E isso muitas vezes é verdade, mas aqui neste caso, a gente formou dois centros de quiralidade. Então, agora, este carbono aqui de cima é um centro de quiralidade. Este carbono aqui de baixo também é um centro de quiralidade. Então, aqui a gente vai ter duas possibilidades. A primeira possibilidade, vamos desenhar aqui o nosso anel de novo. A primeira possibilidade é que estes dois hidrogênios entrem do mesmo lado como cunhas. Então, a gente tem aqui nossos hidrogênios como cunhas. E agora, a gente tem o nosso grupo etil se afastando da gente no plano e o nosso grupo metil também se afastando do plano. Então, este é um produto possível e o outro seria, vamos desenhar aqui de novo o nosso anel. E outra possibilidade seria que os hidrogênios entrassem do mesmo lado, mas como uma cunha tracejada. Então, se afastando da gente no plano. Então, aqui os nossos hidrogênios. Agora, o grupo etil estaria saído do plano na nossa direção, e a mesma coisa para o grupo metil. E olhando para esses dois produtos, a gente pode perceber que eles são enantiômeros, eles são a imagem espelhada um do outro. Então, estes dois produtos aqui são enantiômeros. Vamos ver agora um outro exemplo de uma reação de hidrogenação. E agora a gente vai ver um exemplo de uma molécula bicíclica. Esta é uma molécula um pouco mais complexa, então, vamos ver como a gente a desenha aqui. Ela tem uma ligação para cá, aqui no final ela vai ter uma ligação dupla. Aqui a gente tem um grupo metil e aqui a gente tem dois grupos metil. Esta é a molécula do alfa pineno, então, vamos escrever aqui, este aqui é o alfa pineno. E a gente pode perceber que a gente tem um alqueno nesta molécula. Então, se eu quiser hidrogenar esta molécula, a gente vai reagi-la com hidrogênio. E agora, vamos usar o paládio e o carbono. Vamos pensar então no mecanismo. Aqui a gente vai ter o nosso catalisador metálico e a gente sabe que ele é plano. E a gente vai ter aqui também os hidrogênios no nosso catalisador metálico, que vão ser adicionados de um mesmo lado da molécula. Vamos pensar nessa molécula do alfa pineno como uma espaçonave que está aproximando da estação de pouso. Então, ela está aqui lentamente indo para baixo, se aproximando da nossa estação de pouso que vai ser o nosso catalisador metálico. E só tem um jeito que essa espaçonave pode se aproximar da estação de pouso, e é dessa forma que a gente desenhou aqui. Ela não pode virar de ponta cabeça e se aproximar por este lado, porque aqui a gente tem a resistência estérica destes grupos metil. Então, aqui a gente tem o nosso alqueno, que é a parte plana da molécula. Então, é mais fácil para ela se aproximar por essa parte. Vamos, agora, desenhar o nosso produto, o único produto desta reação. Então, ela vai ser alguma coisa parecida com isso aqui. Aqui a gente vai ter os nossos dois grupos metil, então, vamos imaginar esse hidrogênio sendo adicionado aqui, o que vai fazer este grupo metil ser empurrado para cima. Então, este grupo metil vai ser empurrado aqui para cima quando esse hidrogênio for adicionado aqui por baixo. E agora, o outro hidrogênio vai ser adicionado no lado oposto. Então, a gente vai ter aqui do outro lado o outro hidrogênio sendo adicionado. E aqui está a nossa adição sin. Agora, este segundo carbono tinha um hidrogênio, então, esse hidrogênio também foi empurrado aqui para cima. E esse é o único produto formado nessa reação, porque a reação de hidrogenação é muito sensível às condições estéricas.